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现代的CT扫描是利用滑环技术，使X线球管和探测器可以围绕机架做连续旋转曝光，同时保持扫描床同步匀速移动。因扫描呈弹簧样的螺旋运动轨迹，故称之为螺旋扫描。与常规的轴扫CT相比，螺旋扫描在进床方向（一般称为Z轴）是连续的，所以形成了三维方向的容积数据，又叫容积（Volume）扫描。

CT（Computed Tomography, CT）本质是X线。X线穿透人体时发生衰减。由于人体的厚度不同，组织间的密度不同，组成成分不同（原文是有效原子序数，这个描述是不准确的），X线穿过人体后携带不同物质密度的衰减量信号被探测器接收，转变为可见光，再由光电转换器转变为电信号，再经模数转换器转变为数字信号，最后经计算机重建出可视灰度的数字图像。CT同X线平片不同的是，X线图像虽然能显示骨、软组织和空气的对比度，但是不能显示相邻组织间的相似衰减值的组织对比。相似衰减值的组织在X线图像上以叠加平均的方式呈现。

CT成像的基础是不同密度的物质结构对X线的衰减量有差异，这种差异源于X线的衰减系数（attenuation coefficient），X线通过物体的衰减遵循指数衰减定律：

其中，I是通过物体后经过衰减的X线强度，I0是入射的X线强度（还未穿透物体），d是物体的厚度。μ是物体的线性衰减系数，是物体或组织的特性参数。μ是常量，不同的物质、组织有其特定的衰减系数，线性衰减系数的SI（国际单位制，法语缩写SI）单位为m^-1。

在诊断放射学的能量范围内，总的衰减系数是相干散射、光电效应、康普顿效应下线性衰减系数之后。以下图像是不同能量级X线相对作用的概率。

实际工作中，我们不以衰减系数作为测量单位，而是CT值HU（Hounsfield Unit, HU）来反映组织密度。其计算公式为：

CT值={（μ物-μ水）÷μ水}×1000Hu

在这个公式中，以水为参照物，相对于其他物质而言，水的CT值为0。这样组织的有效原子序数越高、密度越大，衰减值越大，其CT值也就越大。

人体中一般骨组织为+1000Hu左右（最大致密骨可达3000Hu），空气为-1000Hu。

这里需要注意的是CT值会受X线能量的影响：当X线能量较低时，组织吸收X线的能量会增加，CT值可能会偏大。所以实际工作中，我们会选择穿透性较强的高千伏（120~140kVp）。

还有一部分CT值的误差来自散射线，一般机器都会自动进行CT值校准。

显示器上CT图像亮度变化是以灰阶的形式显示的（典型的显示器有256个灰阶，人眼能够识别16级）。灰阶越大，图像越白；灰阶越小，图像越黑。而组织的CT值越大，反射的X线越多，探测器接收到的光子数就越少，图像上就越白，反之越黑（空气衰减最少，所以是黑的）。

我们用窗宽、窗位来表示这个可调节的灰阶范围。

窗宽是指最亮灰阶所代表的CT值和最暗灰阶所代表的CT值的跨度。窗宽决定图像的对比度及灰度范围。

窗位是指窗宽上限代表的CT值与下限所代表的CT值的中心值。窗位决定图像亮度。

例如：脑组织窗的窗宽窗位分别为100和40，那么最亮灰阶为x，最暗灰阶为y，既满足x-y=100，（x+y）÷2=40。解方程可得，脑组织窗的最亮灰阶为90，最暗灰阶为-10。

CT值的范围也可以用下面公式计算：

C-W/2~C+W/2

公式中，W代表窗宽（Window Width, WW），C则是窗位（Window Center）[又写作Window Level, WL]，CT值的范围：窗位减去窗宽的1/2~窗位加上窗宽的1/2。

对于上面的脑组织窗，CT值的范围就是-10~90Hu。人类裸眼在这个范围的最小分辨力100/16，大概6HU左右，也就是说超过6HU的两种组织可以被人眼识别。所以新鲜血肿与脑组织在脑组织窗容易被鉴别（密度差为20~60HU），但是在骨窗下（2000WW、400WL）人眼最小分辨力是2000/16，大概是125HU左右，两种组织不能被人眼识别。

如上图所示，为常规的胸部CT平扫。分别在肺窗和纵膈窗上显示。肺窗显示肺纹理，肺组织结构比较好；而纵膈窗观察大血管，肋骨及肌肉软组织比较好。可以看出，纵膈窗观察图中的占位，效果更好。

参考文献：

1. 曹德厚. 现代医学影像技术学[M]. 上海：上海科学技术出版社, 2016, 9: 210-230.
2. 姚旭峰, 李占峰. 医用CT技术及设备[M]. 上海：复旦大学出版社, 2018.08: 15-16.
3. Mamourian AC. CT imaging Practical Physics, Artifact and Pitfalls [M].王俊等译. CT成像基本原理，伪影与误区. 天津，天津科技翻译出版有限公司, 2015.1; 1: 7.

2020年1月21日 于 北京 聂明明

排版及编辑：Viktor Lee 李懋